高频电子线路实验振幅调制

太原理工大学现代科技学院高频电子线路课程试验汇报专业班级信息13-1学号10姓名0指导教师孙颖……装………订…………线………试验名称振幅调制专业班级信息13-1学号1010姓名……装………订…………线……… 试验五振幅调制（集成乘法器幅度调制电路） 5-1振荡调制的基本工作原理根据电磁波理论懂得，只有频率较高的振荡才能被天线有效地辐射。不过人的发言声音量变换为对应的电信号的频率较低，不合用于直接从天线上辐射，因此，为了传递信息，就必须将要传递的信息“记载”到高频振荡上去。这一“记载”过程称为调制，调制后的高频振荡称为已调波，未调制的高频振荡称为载波。需要“记载”的信息称为调制信号。调制过程是用被传递的低频信号，使高频输出信号的参数（幅度，频率，相位）对应于低频信号变化而变化，从而实现低频信号搬移到高频信号段，被高频信号携带传播的目的，完毕调制过程的装置叫调制器。调制器和解调器必须由非线性元件构成，他们可以是二极管或者三极管。近年来集成电路在模拟通信中得到广泛的应用，调制器，解调器都可以用模拟乘法器来实现。一．振幅调制和调幅波振幅调制就是用低频调制信息去控制高频载波信号的振幅，使载波的信号的振幅，使载波的振幅随调制信号成正比地变化。通过振幅调制的高频载波称为振幅调制波（简称调幅波）。调幅波有一般调幅波（AM，）克制载波的双边带调幅波（DSB）和克制载波的单边带调幅波（SSB）三种。1一般调幅波（AM）（1）调幅波的体现式，波形设调制信号为单一频率的余弦波：载波信号为为了简化分析，设两者波形的初相角均为零，由于调幅波的振幅和调制信号成正比，由此可得调幅波的振幅为式中，其中，ma称为调幅指数或调幅度，它表达载波振幅受调制信号控制程度，ka为由调制电路决定的比例常数。由于实现调幅调制后载波频率保持不变，因此已调波的表达式为可见，调幅波也是一种高频振荡，而它的振幅变化规律（即包络变化）是与调制信号完全一致的，因此调幅波携带着原调制信号的信息。由于调幅指数ma与调制电压的振幅成正比,即UΩm越大，越大，调幅波幅度变化越大，ma不不小于或等于1.假如ma》1，调幅波产生失真，这种状况称为过调幅，在实际工作中应当防止产生过调幅。调幅波的波形如图5-1所示。（2）调幅波的频谱由式（5-4）展开得可见，用单音频信号调制后的已调波，由三个高频分量构成，除角频率为Wc的载波以外，尚有（Wc+Ω）和（Wc-Ω）两个新角频率分量。其中一种比Wc高，称为上边频分量；一种比Wc低，称为下变频分量。载波频率分量的振幅仍为Ucm,而两个下边频的分量的振幅均为。由于ma的最大值只能等于1，因此边频振幅的最大值不能超过，将这三个频率分量用图画出，便可的到图5-2所示的频谱图。在这个图上，调幅波的每一种正弦分量一种线段表达，线段的长度代表其幅度，线段在横轴上的位置代表其频率。以上分析表明，调幅的过程就是在频谱上将低频调制信号搬移到高频载波分量两侧的过程。显然，在调幅波中，载波并不具有任何有用的信息，要传送的信息只包括于边频分量中。边频的振幅反应了调制信号幅度的大小，边频的频谱虽属于高频范围，但反应了调制信号频率的高下。有图5-2可见，在单频调制时，其调幅波的频带宽度为调制信号频谱的两倍，即B=2F。实际上调制信号不是单一频率的正弦波，而是包括若干频率分量的复杂波形（例如实际的语音信号就很复杂），在多频调制时，如由若干个不一样频率Ω1，Ω2，........，Ωk的信号所调制，其调幅波方程为相乘展开后得到对应的，其调幅波具有一种载波分量及一系列的高下边频分量（Wc+Ω1）,(Wc+Ω2)，......(Wc+Ωk)等等。多频调制调幅波的频谱图如图5-3所示。由此可以看出，一种调幅波实际上是占有某一种频率范围，这个范围称为频带。总的频带宽带度为最高频率的两倍，即B=2Fmax,这个结论很重要。由于在接受和发送调幅波的通信设置中，因此选频网络应当不仅能通过载频，并且还要能通过边频成分。假如选频网络的通频带太窄，将导致调幅波的失真。调制后调制信号的频谱被线性地搬移到载频的两边，成为调幅波上，下边带。因此，调幅的过程实质上是一种频谱搬移的过程。2.克制载波双边带调幅（DSB）由于载波不携带信息，因此，为了节省发射功率，可以只发射具有信息的上，下两个边带，而不发射载波，这种调制方式称为克制载波的双边带调幅，简称为双边带调幅，用DSB表达。可将调制信号uΩ和载波信号uc。直接加到乘法器或者平衡调幅器电路得到。双边带调幅信号写为由以上讨论可以看出DSB调制信号有如下特点：（1）DSB信号的幅值扔随调制信号而变化，但与一般调幅波不一样，DSB的包络不再反应调制信号的形状，仍保持调幅波频谱搬移的特性。（2）在调制信号的正负半周，载波相位相反，即高频振荡的相位在f(t)=0瞬间又180的突变。（3）对DSB调制，信号仍集中在载波wc附近，所占频带为Bdsb=2Fmax由于DSB调制克制了载波，输出功率是有用信号，它比一般的调幅经济，但在频带运用频率没有什么改善，为深入节省发送功率，减小频带宽度，提高频带运用率，下面简介单边带传播方式。3.克制载波单边带调幅（SSB）J深入观测双边带调幅波的频谱构造发现，上边带和下边带都反应了调制信号的频谱构造，因而他们都具有调制信号的所有信息。从传播信息的观点看，可以深入吧其中的一种边带克制掉，只保留一种边带上边带或下边带）。无疑这不仅可以深入节省反射功率，并且频带的宽度也缩小了二分之一，这对于波导非常拥挤的短波通信是很有利的。这种既克制载波又只传送一种边带的调制方式，称为单边带调幅，用SSB表达。获得单边带信号常用的措施有滤波法和移相法，现简述采用滤波法实现SSB信号。调制信号uΩ和uc经乘法器（或平衡振幅器）获得克制载波的DSB信号，再通过带通滤波器滤除DSB信号中的一种边带（上边带或下边带),便可获得SSB信号。当边带滤波器的通带位于载频以上时，提取上边带，否则提取下边带。由此可见，滤波法的关键是高频带通滤波器，它必须具有这样的特性：对于规定滤除的边带信号应具有很强的克制能力，而对于规定保留的边带信号应使其不失真地通过。这就规定滤波器在载频处具有非常陡峭的滤波特性。用这种措施实现单边带调幅的数字模型如图5—6所示。由式（5-8）可知，双边带信号为从上两式看出，SSB信号的振幅与调制信号振幅UΩm成正比。它的频率随调制信号的频率不一样而不一样。表5-1列出了在单音信号调制下三种已调信号的时域波形图及频谱示意图，以及多音信号调制下三种已调信号的频谱示意图。二、一般调幅波的产生电路在无线电发射机中，振幅调制的措施按功率电平的高下分为高电平调制电路和低电平调制电路两大类。前者是在发射机的最终一级直接产生到达输出功率规定的已调波，后者多在发射机的前级产生小功率的已调波，再通过线性功率放大器放大，到达所需的发射功率电平。一般调幅波的产生多用高电平调制电路。它的长处是不需要采用效率低的线性放大器，有助于提高整机效率，电路简朴。由于它输出功率小，常用在双边带调制和低电平输出系统。低电平调幅可采用集成高频放大器产生调幅波，也可运用模拟乘法器产生调幅波。下面简介一种高电平调幅电路。高电平调幅电路是以调谐功率放大器为基础构成的，实际上它是一种输出电压振幅受调制信号控制的调谐功率放大器，根据调制信号注入调幅器方式的不一样，分为基极调幅、发射级调幅和集电极调幅三种。基极调幅电路如图5-7所示。由图可见，高频载波信号uw通过高频变压器T1加到晶体管基极回路，低频调制信号uΩ通过低频变压器T2加到晶体管基极回路，Cb为高频旁路电容，用来为载波信号提供通路。在调制过程中，调制信号uΩ相称于一种缓慢变化的偏压（由于反偏压Eb=0,否则综合偏压应是Eb+uΩ),使放大器的集电极脉冲电流的最大值Icmax和θ增大；在uΩ往反向减小时，Icm和θ减少，故输出电压幅值恰好反应调制信号波形。晶体管的集电极电流Ic波形和调谐回路输出的电压波形，如图5-8所示，将集电极谐振回路调谐在载频fc上，那么放大器的输出端便获得调幅波。三、克制载波调幅的产生电路产生克制载波调幅波的电路采用平衡、抵消的措施把载波克制掉，故这种电路叫克制载波调幅电路或叫平衡调幅电路。实现这种调幅的电路诸多，目前广泛应用的是二极管环形调制器，电路如图5-9所示。伴随集成电路的发展，由线性组件构成的平衡调幅器已经被采用，图是用模拟乘法器实现克制载波的实际电路，它是用MC1596G构成。这个电路的特点是工作频带宽，输出频率较纯，并且省去了变压器，调整简朴。5-2振幅调制试验电路1.MC1496N内部电路及外部连接2.用1496构成的调幅器试验电路如图所示，图中，与上图相对应之处是：8R08对应于Rt，8R09对应于Rb,8R03,8R10，对应于Rc.此外，8W01，用来调整（1），（4）端之间的平衡，8W02用来调整（8），（10）端的平衡，8K01开关控制（1）端与否接入直流电压，当8K01置“on”时，1496的（1）端接入直流电压，其输出为正常调幅波（AM），调整8W03点位器，可变化调幅波的调制度。当8K01置“off”时，其输出为平衡调幅波（DSB）。晶体管8Q01为随极跟随器，以提高调制器的带负载能力。5-3振幅调制试验内容及试验环节一．试验内容1.模拟相乘调幅器的输入失调电压调整。2.用示波器观测正常调幅波（AM）波形，并测量调幅系数。3.用示波器观测平衡调幅波（克制载波的双边带波形DSB）波形。4.用示波器观测调制信号为方波，三角波的调幅波。二．试验环节1.试验准备（1）在试验箱主板上插上集成乘法器幅度调制电路模块。接通试验箱上的电源开关，按下模块上开关8K1此时电源指示灯点亮。（2）调制信号源：采用低频信号源中的函数发生器，其参数调整如下（示波器监测）：频率范围：1KHZ波形选择：正弦波输出峰—峰值：300MV（3）载波源：采用高频信号源：工作频率：2MHZ用频率计测量（也可采用其他频率）：输出幅度（峰—峰值）：200MV，用示波器观测。2.输入失调电压的调整（交流馈通电压的调整）集成模拟相乘器在使用之前必须进行输入失调调零，也就是要进行交流馈通电压的调整，其目的是使相乘器调整为平衡状态。因此在调整前必须将开关8K01置“off”（往下拨），以切断其直流电压。交流馈通电压指的是相乘器的一种输入端加上信号电压，而另一种输入端不加信号时的输出电压，这个电压越小越好。载波输入端输入失调整把调制信号源输出的音频调制信号加到音频输入端（8P02），而载波输入端不加信号。用示波器监测相乘器输出端（8TP03）的输出波形，调整点位器8W02，使此时输出端（8TP03）的输出信号（称为调制输入端馈通误差）最小。（2）调制输入端输入失调电压调整把载波源输出的载波信号加到载波输入端（8P01)，而音频输入端不加信号。用示波器监测相乘器输出端（8TP03）的输出波形，调整电位器8W01使此时输出（8TP03）的输出信号（称为载波输入端馈通误差）最小。3.DSB（克制载波双边带调幅）波形观测在载波输入，音频输入端已进行输入失调电压（对应于8W02,8W01调整的基础上），可进行DSB测量。（1）DSB信号波形观测将高频信号源输出的载波接入载波输入端（8P01）低频调制信号接入音频输入端（8P02）。示波器CHI接调制信号（可用带“钩”的探头接到8TP02上），示波器CH2接调幅输出端（8TP03），即可观测到调制信号及其对应的DSB信号波形。其波形如图5-13所示，假如观测到的DSB波形不对称，应当微调8W01电位器。（2）DSB信号反向点观测为了清晰地观测双边带信号过零点的反相，必须减少载波的频率。本试验可将载波频率减少为100khz（假如是DDS高频信号源可直接调制100KHZ；假如是其他信号源，需另配100KHZ的函数发生器），幅度仍为200MV。调制信号仍为1KHZ（幅度300MV）。增大示波器X轴扫描速率，仔细观测调制信号过零点时刻所对应的DSB信号，过零点时刻的波形应当反相，如图5-14所示。（3）DSB信号波形与载波波形的相位比较。在试验3（2）的基础上，将示波器CH1改接8TP01点，把调制器的输入载波波形与输出DSB波形的相位进行比较，可发现：在调制信号正半周期间，两者相似；再调制信号负半周期，两者相反。（4）.SSB（单边带调制）波形观测单边带（SSB）是将克制载波的双边带（DSB）通过边带滤波器除一种边带而得到的。本试验运用滤波与计数鉴频模块中的带通滤波器作为边带滤波器，该滤波器的中心频率114KHZ左右，通频带约为12KHZ。为了运用该带通滤波器取出上边带而克制下边带。双边带（DSB）的载波频率应取110KHZ。详细操作措施如下：将载波频率为110KHZ，幅度300MV的正弦波接入载波输入端（8P01），将频率为4KHZ，幅度300MV的正弦波接入音频输入端（8P02）。按照DSB的调试措施得到DSB波形，将调幅输出（8P03）连接到滤波与计数鉴频模块中的带通滤波器输入端（15P05）,用示波器测量带通滤波器输出（15P06），即可观测到SSB信号波形。在本试验中，正常的SSB波形应为114KHZ的等幅波形，但由于带通滤波器频带较宽，下边带不也许完全克制，因此，其输出波形不完全是等幅波。5.AM（常规调幅）波形测量（1）AM正常波形观测在保持输入失调电压调整的基础上，将开关8K01置“ON”（往上拨），即转为正常调幅状态。载波频率仍设置为2MHZ（幅度200MV），调制信号频率1KHZ（幅度300MV）。示波器CH1接8TP02,CH2接8TP03,即可观测到正常的AM波形，如图所示。调整电位器8W03，可以变化调幅波的调制度。在观测输出波形时，变化音频调制信号的频率及幅度，输出波形应随之变化。下图为用示波器测出的正常调幅波波形：（2）不对称调制度的AM波形观测在AM正常波形调整的基础上，变化8W02，可观测到调制度不对称的情形。最终仍调到制度对称的情形。下图为用示波器测出的不对称调幅波波形：（3）过调制时的AM波形观测